Por: T.L. Provin e L.R. Hossner
A produção de culturas suficiente requer um suprimento adequado de todos os nutrientes essenciais das plantas. Entretanto, o uso de fertilizantes comerciais de nitrogênio (N) para aumentar a produção, manter os lucros e fornecer alimentos e fibras a baixo custo é uma necessidade da agricultura moderna. Em geral, as culturas precisam de nitrogênio na maior quantidade de todos os nutrientes de plantas.
O efeito ambiental dos fertilizantes nitrogenados tem sido um problema a longo prazo. A preocupação com a poluição dos rios, lagos e lençóis freáticos pelo nitrogênio fez com que os produtores agrícolas se tornassem cada vez mais conscientes de sua potencial contribuição para o problema da poluição total.
Para usar efetivamente o nitrogênio e limitar seu impacto adverso sobre o meio ambiente, os produtores precisam desenvolver uma consciência da química do nitrogênio e como ele é adicionado e removido do solo.
Os fertilizantes comerciais usados pelos produtores agrícolas são uma fonte significativa de adição de nitrogênio aos solos. O nitrogênio é continuamente reciclado através de resíduos vegetais e animais e matéria orgânica do solo. O nitrogênio é removido do solo por culturas, perda gasosa, escorrimento, erosão e lixiviação. A magnitude e o mecanismo responsável pelas perdas de nitrogênio dependem das propriedades químicas e físicas de um determinado solo. A Figura 1 é uma representação esquemática dos possíveis ganhos e perdas de nitrogênio do solo.
Química do nitrogênio
Nitrogênio é responsável por 79 por cento do ar que respiramos. A superfície de 6 polegadas de um solo fértil de pradaria pode conter de 2 a 3 toneladas de nitrogênio por acre. O ar acima deste mesmo acre conterá cerca de 35.000 toneladas de gás nitrogênio inerte (N2). A maior parte do nitrogênio encontrado no solo originou-se como gás N2 e quase todo o nitrogênio na atmosfera é gás N2. Este nitrogênio inerte não pode ser usado pela planta até que seja transformado em formas de amônio (NH4 +) ou nitrato (NO3 – ).
Três métodos importantes para a mudança do gás nitrogênio (N2) para amônia (NH4 +) são:
- Bactérias fixadoras de N2 livres
- Bactérias fixadoras de N2 em nódulos nas raízes de leguminosas, e
- Fábricas de produção de fertilizantes nitrogenados.
Outro método importante de conversão de N2 é através de raios. Quando um raio pisca, o gás nitrogênio no ar superaquecido é convertido em nitrato (NO3 – ) e nitrito (NO2 – ). Os raios podem ser responsáveis por 1 a 50 libras de nitrogênio disponível por acre por ano.
Embora o nitrogênio entre no solo em várias formas químicas, ele eventualmente se converte ao íon nitrato inorgânico (NO3 – ). A figura 1 mostra que NO3 – pode ser usado pelas plantas, ser convertido novamente em gás nitrogênio ou ser lixiviado para baixo com a água do solo.
Fundantes comerciais, resíduos vegetais, esterco animal e esgoto são as fontes mais comuns de adição de nitrogênio aos solos. As taxas de aplicação variam muito. Taxas únicas de aplicação podem ser de até 150 libras de nitrogênio equivalente por acre para culturas como a bermuda costeira. Entretanto, tais altas taxas de aplicação devem ser limitadas a solos com baixo potencial de erosão e escoamento.
Nitrogênio em materiais orgânicos (resíduos vegetais, esterco animal, esgoto, matéria orgânica do solo) está presente como parte de proteínas, aminoácidos e outros materiais vegetais e microbianos. Ele só se torna disponível para as plantas após o composto ser decomposto por microrganismos do solo. Isto é chamado de “mineralização” (Fig. 2). O primeiro passo da mineralização é a “amonificação”. A amônia (NH4 +) derivada da amonificação é então convertida em nitrato-nitrogênio (NO3 – -N) por bactérias “nitrificadoras” no solo através do processo chamado “nitrificação”.”
Os locais das reações de amonificação e nitrificação no ciclo do nitrogênio são mostrados na Figura 1. O íon de amônia (NH4 +) positivamente carregado produzido pela amonificação ou adicionado ao solo em fertilizantes é atraído por partículas de argila carregadas negativamente no solo. Contudo, na maioria dos solos não áridos o NH4 + íon é rapidamente transformado em nitrogênio nitrato (NO3- N) As plantas em crescimento absorvem a maior parte do seu nitrogênio na forma de nitrato (NO3- ).
Fontes comuns de nitrogênio inorgânico incluem amônia (NH3), amônia (NH4 +), amina (NH2 +) e nitrato (NO3 – ). A maioria dos materiais fertilizantes contém ou formará NH4 + que é convertido rapidamente em NO3 – uma vez no solo.
Remoção do azoto do solo
Nitrogénio é removido dos solos por quatro processos principais:
- Reabsorção das plantas
- Perda gasosa
- Repouso e erosão
- Lixiviação
Reabsorção das plantas refere-se à absorção de azoto pelas raízes. Algodão, milho, tomate e gramíneas relvadas requerem de 60 a 300 libras de azoto por acre para produzir um bom crescimento e rendimentos rentáveis ou uma estética desejada. As necessidades reais para uma dada cultura variam de acordo com o potencial de produção e são muito influenciadas por factores climáticos.
Porque a maioria dos solos são pobres em azoto disponível para as plantas, as necessidades de azoto são, geralmente, fornecidas como fertilizante comercial de azoto. As necessidades de nitrogênio acima de 150 libras por acre geralmente são divididas em duas ou mais aplicações. Entretanto, somente o nitrogênio vegetal na cultura colhida realmente deixa o campo. O restante do nitrogênio vegetal é devolvido ao solo como resíduo vegetal e reentram no ciclo como nitrogênio orgânico como ilustrado na Figura 1.
Perda gasosa de nitrogênio ocorre por desnitrificação ou volatilização de amônia. A desnitrificação é um processo através do qual o nitrogênio nítrico (NO3- -N) é convertido em óxido de nitrogênio gasoso (N2O) ou nitrogênio elementar (N2). Isto envolve a ação de bactérias anaeróbicas (aquelas que não requerem oxigênio livre) e geralmente ocorre em solos molhados ou com água.
Desde que este é um processo anaeróbico, as perdas gasosas de um solo normal (aeróbico) são pequenas. Contudo, quando os solos permanecem muito húmidos ou saturados por longos períodos, uma grande parte do nitrato pode ser perdida.
Gás amoniacal pode evoluir a partir de compostos de azoto como a ureia na superfície de um solo. A uréia está presente no esterco animal e pode ser comprada na forma pura como fertilizante (45-0-0).
Outros compostos fertilizantes contendo amônia, incluindo sulfato de amônia (21-0-0) e, em menor extensão, nitrato de amônia (33-0-0) e fosfato de amônia, têm demonstrado produzir amônia livre na presença de carbonato de cálcio. Esta condição existe em alguns solos de pH elevado (pH>7,3).
Perdas de escoamento e erosão podem incluir nitrato (NO3 – ), amónio (NH4 +), e azoto orgânico. O NO3 – íon carregado negativamente permanece na água do solo e não é retido por partículas do solo. Se a água contendo NO3 – ou NH4 + dissolvido escorre da superfície, esses íons se movem com ela. Entretanto, quando fertilizantes nitrogenados são aplicados em solos secos, e a água da chuva ou da irrigação é aplicada, a primeira água dissolve o fertilizante e o transporta para o solo. A chuva geralmente não causa perdas superficiais de nitrogênio fertilizante, a menos que chuvas muito intensas ocorram logo após a aplicação.
Ammonium held by argay particles can be carried into surface water supplies by erosion do solo. De fato, a erosão do solo movimenta mais nitrogênio do que a chuva ao mover compostos de nitrogênio dissolvido. Quando os solos erosivos são depositados em rios e lagos, a atividade microbiana irá lentamente converter os compostos de nitrogênio em formas solúveis.
Perdas de lixiviação envolvem o movimento da água para baixo através de um solo abaixo da zona radicular. Esta perda ocorre mais freqüentemente com nitrato (NO3 – ) em áreas de alta pluviosidade, sob irrigação excessiva e com solos de textura grosseira (arenosos). As perdas de nitrogênio por lixiviação reduzem a quantidade de nitrogênio disponível para as culturas e podem potencialmente contaminar poços de água rasos e aquíferos.
As taxas de nitrogênio usadas e o tempo de aplicação devem estar relacionadas com as condições do solo e os requisitos da cultura para minimizar as perdas por lixiviação. Numerosos estudos de pesquisa mostram que devido à absorção de plantas, pouco nitrogênio nitrato (NO3 – -N) lixivia dos solos nos quais uma cultura está crescendo ativamente. Como os solos arenosos mais sujeitos à lixiviação estão localizados no leste do Texas, onde a erva é o cultivo predominante, espera-se uma perda mínima de nitrogênio por lixiviação geralmente devido à fertilização com nitrogênio em todo o estado.
Embora estudos tenham mostrado problemas limitados com movimentos de nitrato (NO3 – ), aplicações inadequadas de fertilizantes nitrogenados comerciais e orgânicos podem resultar em NO3 – escorrimento para águas superficiais e lixiviação para águas subterrâneas.
Prevenir a perda de nitrogênio
A melhor maneira de prevenir perdas de nitrogênio de terras agrícolas é através de boas práticas de manejo do solo e da água. O primeiro passo para reduzir as potenciais perdas de nitrogênio é ter o solo testado. Uma amostra de solo obtida adequadamente fornecerá uma estimativa de nitrogênio-nitrogênio (NO3 – -N) presente no solo, e pode ser usada como um guia para aplicar a quantidade apropriada de fertilizante nitrogenado para a cultura sendo cultivada.
A fertilização superficial e o controle do escoamento superficial e da erosão oferecem os melhores métodos para prevenir a entrada de nitrogênio em córregos e lagos. As perdas por lixiviação podem ser evitadas dividindo a necessidade de nitrogênio em várias aplicações onde solos de textura grossa e alta pluviosidade são comuns.
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